專利名稱：一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法，特別是涉及一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
在社會(huì)、環(huán)境、能源和可持續(xù)性發(fā)展等要求的推動(dòng)下，新能源的推廣應(yīng)用已成為全球共識(shí)。而太陽能作為新能源中最主要的可再生能源，在未來發(fā)展中占有重要地位。薄膜太陽電池主要包括非晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒以及染料敏化等多種類型，其由于消耗材料少，具有所共識(shí)的很大的降低成本空間，受到世界各國的越來越多的關(guān)注。薄膜太陽電池襯底可使用玻璃或其它廉價(jià)材料，亦可采用柔性材料。柔性襯底的薄膜太陽電池由于重量輕、可卷曲的特性，具有便攜、高質(zhì)量比功率、易于一體化等優(yōu)點(diǎn)，極大的拓展了太陽電池的應(yīng)用領(lǐng)域。柔性薄膜太陽電池便于采用卷對卷的連續(xù)沉積工藝，成本較高但更可連續(xù)大面積生產(chǎn)。柔性薄膜太陽電池若用于建設(shè)大型電站，則可大大降低運(yùn)輸費(fèi)用和電站的建設(shè)成本。柔性薄膜太陽電池不僅可適用于平流層飛艇、無人機(jī)等空間軍事運(yùn)用，同時(shí)亦可用于單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、救生系統(tǒng)等地面軍用和便攜式充電、一體化帳篷、衣物一體化、野外、救生、車載、移動(dòng)等顧客要求的軍用和民用地面特殊市場，并更適用于BIPV等光伏應(yīng)用的傳統(tǒng)領(lǐng)域。目前，柔性薄膜太陽電池基本均是在柔性襯底上制備，柔性襯底的選擇包括柔性金屬箔和聚合物膜等。柔性襯底表面沉積功能層的設(shè)備與現(xiàn)行的剛性襯底的設(shè)備不兼容，價(jià)格高昂，工藝復(fù)雜。柔性襯底材料的選擇受到薄膜太陽電池制備工藝等限制，需要滿足熱穩(wěn)定性、真空適應(yīng)性、熱膨脹性能、表面平滑性、化學(xué)惰性抗?jié)裥缘瓤量痰囊?。同時(shí)，在柔性襯底上沉積薄膜的設(shè)備與現(xiàn)有的剛性材料(如玻璃)上沉積薄膜的設(shè)備不兼容，且價(jià)格高昂，工藝復(fù)雜。若采用剛性襯底制備而后柔性襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性薄膜太陽電池的制作，則不僅可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備工藝的兼容；同時(shí)獲得的柔性薄膜太陽電池與傳統(tǒng)的以柔性襯底為材料的相比較，襯底厚度可控，不需受卷對卷工藝限制，可實(shí)現(xiàn)襯底超薄，進(jìn)一步降低重量。從而可實(shí)現(xiàn)超輕、超薄、高效的柔性薄膜太陽電池。因此，本發(fā)明針對以上問題，擬以柔性薄膜太陽電池體系為主要研究對象，引入襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的開發(fā)以期實(shí)現(xiàn)高效率低成本的輕質(zhì)柔性薄膜太陽電池的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中成本過高，工藝復(fù)雜等的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種柔性薄膜太陽能電池的制備方法，至少包括以下步驟:I)提供一剛性襯底，于所述剛性襯底表面形成聚合物薄膜層；
2)在所述聚合物薄膜層上形成薄膜太陽能電池功能層系；3)將所述聚合物薄膜層與所述剛性襯底分離。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述的剛性襯底包括玻璃、石墨及多孔碳中的一種。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述聚合物薄膜層包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物中的一種。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，制備所述聚合物薄膜層所采用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮或氯仿溶劑。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述聚合物薄膜層的厚度為I 200微米。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述聚合物薄膜層的形成工藝包括浸潰提拉、旋涂、刮刀、噴涂、濕涂、絲網(wǎng)印刷、滾輪涂布或板式涂布的一種或一種以上。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述的聚合物薄膜層形成后還包括對其進(jìn)行熱處理的步驟。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述太陽能電池為非晶硅基、碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)至少包括以下步驟:2-1)制備底電極；2-2)制備吸收層2-3)制備窗口層；2-4)制備透明導(dǎo)電層；2-5)制備上電極及減反射膜。進(jìn)一步地，所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池，步驟2-2)后還包括制備緩沖層的步驟。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)采用提拉或剝離的分離方式，使所述聚合物薄膜層和薄膜太陽能電池功能層系整體性的與所述剛性襯底分離。進(jìn)一步地，所述聚合物薄膜層全部或大部分與所述剛性襯底分離。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法的一種優(yōu)選方案，將分離后的聚合物薄膜層及薄膜太陽能電池功能層與包括金屬或聚合物的柔性襯底結(jié)合形成一體化，或?qū)⒎蛛x后的聚合物薄膜層及薄膜太陽能電池功能層直接結(jié)合于器件的應(yīng)用層形成一體化器件。本發(fā)明還提供一種柔性薄膜太陽能電池，至少包括:聚合物薄膜層、底電極、吸收層、窗口層、透明導(dǎo)電層、減反射膜和上電極。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的一種優(yōu)選方案，所述聚合物薄膜層包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物中的一種。作為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的一種優(yōu)選方案，所述太陽能電池為非晶硅基、碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。進(jìn)一步地，所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池，其結(jié)構(gòu)中還包括緩沖層。如上所述，本發(fā)明提供一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:1)提供一剛性襯底，于所述剛性襯底表面形成聚合物薄膜層；2)在所述聚合物薄膜層上形成薄膜太陽能電池功能層系；3)將所述聚合物薄膜層與所述剛性襯底分離。本發(fā)明以銅銦鎵硒、非晶硅和碲化鎘柔性薄膜太陽電池體系為主要研究對象，弓丨入襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的開發(fā)，以剛性襯底為基底，將聚合物材料和薄膜制備工藝同期制備，聚合物薄膜的厚度可控，可以減薄至幾個(gè)微米，而電池制備工藝過程與玻璃襯底工藝一致。與以商業(yè)的聚合物薄膜材料為襯底相比較，突破了原有材料的高溫限制，可提高電池制備的工藝溫度，不需再開發(fā)低溫的吸收層的沉積工藝。由此，大大降低了工藝難度，且適合于目前已經(jīng)商業(yè)化的薄膜太陽電池生產(chǎn)線，只需增加聚合物薄膜制備工序，而后在電池制備完成后剝離即可，從而降低其工藝開發(fā)難度，實(shí)現(xiàn)高效輕質(zhì)的柔性薄膜太陽電池。另外，由此帶來的顯著優(yōu)點(diǎn)還包括聚合物襯底的厚度簡單可控并可進(jìn)一步減薄，使得質(zhì)量比功率可以大幅度上升，進(jìn)一步減輕重量，降低柔性薄膜太陽電池的成本并提高電池效率，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效率柔性薄膜太陽電池的制備；更重要的是可以將剝離后的電池直接與金屬、聚合物等結(jié)合形成一體化，與應(yīng)用相結(jié)合形成一體化器件，開發(fā)的新技術(shù)適合于商業(yè)化，滿足市場和客戶的定制需求。


圖1 2顯示為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 8顯示為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。`圖9 10顯示為本發(fā)明的柔性薄膜太陽能電池的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。元件標(biāo)號(hào)說明101剛性襯底102聚合物薄膜層103底電極104吸收層107緩沖層108窗口層109透明導(dǎo)電層110減反射膜111上電極
具體實(shí)施例方式以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請參閱圖1 圖10。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。如圖1 圖10所示，本實(shí)施例提供一種柔性薄膜太陽能電池的制備方法，至少包括以下步驟:如圖1 圖2所示，首先進(jìn)行步驟I)提供一剛性襯底101，于所述剛性襯底101表面形成聚合物薄膜層102。作為示例，所述聚合物薄膜層102包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物(如聚四氟乙烯等)中的一種。當(dāng)然，也可以采用其它的聚合物，并不限于此處所列舉的幾種。作為示例，所述剛性襯底101包括玻璃、石墨及多孔碳中的一種。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，也可以采用如金屬、陶瓷等剛性襯底101，并不限于此處所列舉的幾種。作為示例，制備所述聚合物薄膜層102所采用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮或氯仿溶劑等有機(jī)溶劑。作為示例，所述聚合物薄膜層102的厚度為I 200微米。作為示例，所述聚合物薄膜層102的形成工藝包括浸潰提拉、旋涂、刮刀、噴涂、濕涂、絲網(wǎng)印刷、滾輪涂布或板式涂布的一種或一種以上。作為示例，所述的聚合物薄膜層102形成后還包括對其進(jìn)行熱處理的步驟。在本實(shí)施例中，熱處理的溫度范圍為200 300°C。如圖3 圖9所示，然后進(jìn)行步驟2)，在所述聚合物薄膜層102上形成薄膜太陽能電池功能層系。作為示例，所述太陽能電池為非晶硅基、碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。在本實(shí)施例中，所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池。在一具體的實(shí)施過程中，包括以下步驟:如圖3所示，首先進(jìn)行步驟2-1)，制備底電極103。作為示例，采用磁控濺射法于所述聚合物薄膜層102表面制備金屬底電極103，在本實(shí)施例中，所述金屬底電極103為Mo電極。如圖4所示，然后進(jìn)行步驟2-2)，制備吸收層104。作為示例，所采用共蒸發(fā)或?yàn)R射后進(jìn)行硒化的方法制備出銅銦鎵硒薄膜/銅銦硒薄膜/銅銦鎵硒硫薄膜吸收層104。如圖5所示，接著進(jìn)行步驟2-3)，制備緩沖層107。作為示例，于所述吸收層104表面采用化學(xué)水浴法(CBD)制備CdS薄膜作為緩沖層 107。如圖6所示，然后進(jìn)行步驟2-4)，制備窗口層108。作為示例，采用射頻磁控濺射法于所述緩沖層107表面制備一層1-ZnO薄膜，作為窗口層108。如圖7所示，然后進(jìn)行步驟2-5)，制備透明導(dǎo)電層109。作為示例，采用直流或射頻磁控濺射法于所述窗口層108表面制備一層ZnO:A1薄膜，作為透明導(dǎo)電層109。如圖8 圖9所示，最后進(jìn)行步驟2-6)，制備上電極111及減反射膜110。如圖10所示，最后進(jìn)行步驟3)，將所述聚合物薄膜層102與所述剛性襯底101分離。作為示例，采用提拉或剝離的分離方式，使所述聚合物薄膜層102和薄膜太陽能電池功能層系整體性的與所述剛性襯底101分離。進(jìn)一步地，所述聚合物薄膜層102全部或大部分與所述剛性襯底101分離。作為示例，將分離后的聚合物薄膜層102及薄膜太陽能電池功能層與包括金屬或聚合物的柔性襯底結(jié)合形成一體化，或?qū)⒎蛛x后的聚合物薄膜層102及薄膜太陽能電池功能層直接結(jié)合于器件的應(yīng)用層形成一體化器件。如圖10所示，本實(shí)施例還提供一種柔性薄膜太陽能電池，包括:聚合物薄膜層102、底電極103、吸收層104、窗口層108、透明導(dǎo)電層109、減反射膜110和上電極111。作為示例，所述聚合物薄膜層102包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物中的一種。作為示例，所述聚合物薄膜層102的厚度為I 200微米。作為示例，所述太陽能電池為非晶硅基、碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。在本實(shí)施例中，所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池，其結(jié)構(gòu)中還包括緩沖層107。作為示例,所述底電極103為金屬M(fèi)o電極,所述吸收層104包括銅銦鎵硒薄膜/銅銦硒薄膜/銅銦鎵硒硫薄膜，所述緩沖層107為CdS薄膜薄膜，所述窗口層108為ZnO薄膜，所述透明導(dǎo)電層109為ZnO:A1薄膜。綜上所述，本發(fā)明提供一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟:1)提供一剛性襯底101，于所述剛性襯底101表面形成聚合物薄膜層102 ；
2)在所述聚合物薄膜層102上形成薄膜太陽能電池功能層系；3)將所述聚合物薄膜層102與所述剛性襯底101分離。本發(fā)明以銅銦鎵硒、非晶硅、碲化鎘柔性薄膜太陽電池體系為主要研究對象，引入襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)的開發(fā)，以剛性襯底為基底，將聚合物材料和薄膜制備工藝同期制備，聚合物薄膜的厚度可控，可以減薄至幾個(gè)微米，而電池制備工藝過程與玻璃襯底工藝一致。與以商業(yè)的聚合物薄膜材料為襯底相比較，突破了原有材料的高溫限制，可提高電池制備的工藝溫度，不需再開發(fā)低溫的吸收層沉積工藝。由此，大大降低了工藝難度，且適合于目前已經(jīng)商業(yè)化的薄膜太陽電池生產(chǎn)線，只需增加聚合物薄膜制備工序，而后在電池制備完成后剝離即可，從而降低其工藝開發(fā)難度，實(shí)現(xiàn)高效輕質(zhì)的柔性薄膜太陽電池。另外，由此帶來的顯著優(yōu)點(diǎn)還包括聚合物襯底的厚度簡單可控并可進(jìn)一步減薄，使得質(zhì)量比功率可以大幅度上升，進(jìn)一步減輕重量，降低柔性薄膜太陽電池的成本并提高電池效率，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效率柔性薄膜太陽電池的制備；更重要的是可以將剝離后的電池直接與金屬、聚合物等結(jié)合形成一體化，與應(yīng)用相結(jié)合形成一體化器件，開發(fā)的新技術(shù)適合于商業(yè)化，滿足市場和客戶的定制需求。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 1)提供一剛性襯底，于所述剛性襯底表面形成聚合物薄膜層； 2)在所述聚合物薄膜層上形成薄膜太陽能電池功能層系； 3)將所述聚合物薄膜層與所述剛性襯底分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述的剛性襯底包括玻璃、石墨及多孔碳中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述聚合物薄膜層包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:制備所述聚合物薄膜層所采用的溶劑為N-甲基吡咯烷酮或氯仿溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述聚合物薄膜層的厚度為I 200微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述聚合物薄膜層的形成工藝包括浸潰提拉、旋涂、刮刀、噴涂、濕涂、絲網(wǎng)印刷、滾輪涂布或板式涂布的一種或一種以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述的聚合物薄膜層形成后還包括對其進(jìn)行熱處理的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述太陽能電池為非晶硅基、 碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:步驟2)至少包括以下步驟: 2-1)制備底電極； 2_2 )制備吸收層； 2-3)制備窗口層； 2-4)制備透明導(dǎo)電層； 2-5)制備上電極及減反射膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池，步驟2-2)后還包括制備緩沖層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:步驟3)采用提拉或剝離的分離方式，使所述聚合物薄膜層和薄膜太陽能電池功能層系整體性的與所述剛性襯底分離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述聚合物薄膜層全部或大部分與所述剛性襯底分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性薄膜太陽能電池的制備方法，其特征在于:將分離后的聚合物薄膜層及薄膜太陽能電池功能層與包括金屬或聚合物的柔性襯底結(jié)合形成一體化，或?qū)⒎蛛x后的聚合物薄膜層及薄膜太陽能電池功能層直接結(jié)合于器件的應(yīng)用層形成一體化器件。
14.一種柔性薄膜太陽能電池，其特征在于，至少包括:聚合物薄膜層、底電極、吸收層、窗口層、透明導(dǎo)電層、減反射膜和上電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于:所述聚合物薄膜層包括聚酰亞胺、聚丙烯酸、聚氨酯及含氟聚合物中的一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于:所述太陽能電池為非晶硅基、碲化鎘基或銅銦鎵硒薄膜電池。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的柔性薄膜太陽能電池，其特征在于:所述太陽能電池為銅銦鎵硒薄膜電池，其結(jié)構(gòu)中還包括緩沖層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種柔性薄膜太陽能電池及其制備方法，所述制備方法至少包括以下步驟1)提供一剛性襯底，于所述剛性襯底表面形成聚合物薄膜層；2)在所述聚合物薄膜層上形成薄膜太陽能電池功能層系；3)將所述聚合物薄膜層與所述剛性襯底分離。本發(fā)明的聚合物薄膜的厚度可控，而電池工藝過程與玻璃襯底工藝一致，可以提高電池的制備溫度，降低了工藝難度和工藝成本。所制備的電池可以與器件應(yīng)用層直接結(jié)合形成符合性能需求的功能器件。本發(fā)明工藝簡單，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103208561SQ20131009595
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者方小紅, 于洋, 劉東方, 李東棟, 魯林峰, 王會(huì)利, 陳小源 申請人:上海中科高等研究院